• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Ein Schutzgasschneidverfahren und ein Schneidwerkzeug werden bereitgestellt, um Verschleiß am Schneidwerkzeug zu verhindern, wenn das Schneiden an einem Material zur Ausbildung eines Oxidschutzfilms erfolgt. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird in einem Schneidverfahren zur Zuführung von Gas in eine Atmosphäre eines Bearbeitungsabschnitts zur Durchführung des Schneidens, wenn ein Werkstück geschnitten wird, Gas, das eine hohe Sauerstoffkonzentration enthält, als atmosphärisches Gas zugeführt, um den Bearbeitungsabschnitt in eine mit Sauerstoff angereicherte Atmosphäre zu versetzen, so daß ein Oxid zwischen der Schneidkante eines Schneidwerkzeugs und einem Werkstück ausgebildet wird und somit ein Schaden und Verschleiß am Werkzeug vermindert werden. DOLLAR A Das oben beschriebene atmosphärische Gas ist sauerstoffangereicherte Luft, in der Luftsauerstoff verdichtet ist, und das atmosphärische Gas hat eine Sauerstoffkonzentration von bis zu 40%, was eine Sauerstoffkonzentration der Luft überschreitet. DOLLAR A Im Körper des Werkzeugs, z. B. ein Schaftfräser, das zur Implementierung des oben beschriebenen Verfahrens verwendet wird, ist ein Gaszuführungsloch, das mit der Zuführungsseite des atmosphärischen Gases verbunden ist, im Werkzeug ausgebildet, und ein Austrittsloch des Gaszuführungslochs 4b ist an der Spitze des Körpers des Werkzeugs geöffnet, und das Austrittsloch ist in einer Richtung des Aufblasens des atmosphärischen Gases auf die Schneidkante am Messer des Werkzeugs geöffnet.
    公开号:DE102004009114A1
    申请号:DE102004009114
    申请日:2004-02-25
    公开日:2004-09-23
    发明作者:Hiroshi Matsue Usuki
    申请人:Shimane University；
    IPC主号:B23Q11-10
    专利说明:
    [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahrenzur spanabhebenden Bearbeitung unter kontrollierter Atmosphäre bzw.Schutzgasschneidverfahren mit Sauerstoffanreicherung und ein Werkzeug,das fürdas Verfahren bei einem spanabhebenden Bearbeitungsvorgang bzw.Schneidvorgang verwendet wird, der mit einer Werkzeugmaschine durchgeführt wird.
    [0002] In jüngster Zeit besteht auf demGebiet des Maschinenschnitts Bedarf nach einer Schneidtechnik zurhocheffizienten Bearbeitung, zum Schutz der Natur, zur Verbesserungder Arbeitsumwelt und des sonstigen Umweltschutzes. Gegenwärtig stehtauf dem Gebiet des Schaftfräsensmit kleinen Durchmessern usw. eine praktische schnelle Trockenbearbeitungzur Verfügung.Im Ergebnis einer aktiven Studie zu MQL (Mindestschmiermittelmengen)und zur Kaltluftbearbeitung sowie zur Trockenbearbeitung ist einegroßeWirkung erzielt worden. Diese Arten der Bearbeitung, einschließlich Trockenbearbeitung, werdenzur Hauptrichtung der Bearbeitungsmöglichkeiten der Zukunft. Fernerist ein niedrigerer Bearbeitungskostenaufwand eine weitere Hauptaufgabe.
    [0003] Was die herkömmliche Schutzgasbearbeitungbetrifft, die eine Art der Trockenbearbeitung ist, so offenbartdas japanische Patent 2 904 205 eine bekannte Bearbeitung, z. B.Kaltluftbearbeitung, die eine sauerstoffarme Atmosphäre anstrebt.Die Beschreibung im US-Patent 6 135 862 offenbart eine bekannteBearbeitung unter Einblasen von Stickstoff bei Raumtemperatur. Beideerfolgen in einer sauerstoffarmen Atmosphäre, um eine Oxidation zu verhindern.
    [0004] Bei der früheren Bearbeitung wird Stahlbearbeitet, indem er in einer Inertgasatmosphäre spanabhebend verformt wirdund eine Sauerstoffkonzentration bei etwa 12 % gehalten wird, sodaß derVerschleiß aneinem Werkzeug minimiert wird und eine bearbeitete Fläche dieniedrigste Temperatur hat. Besonders in diesem Beispiel werden einTeil der erzeugten Prozeßswärme unddie Feststoffschmierung eines Oxidationsprodukts miteinander harmonisiert, unddurch Luft werden eine Abkühlwirkungund eine Schmierwirkung erreicht. Ein abgedeckter Behälter istjedoch notwendig, um eine Atmosphäre zu erreichen, ein Gasbehälter bzw.eine Gasbombe wird zur Zuführungdes Inertgases verwendet, und bei der praktischen Bearbeitung entstehenProbleme in bezug auf die Kosten und die Bearbeitbarkeit.
    [0005] Dagegen offenbart das US-Patent 6135 862 ein Verfahren, bei dem eine Vorrichtung zur Abscheidungvon Stickstoffgas aus der Luft durch einen Hohlfaserfilm verwendetwird, Stickstoffgas, das durch die Vorrichtung gewonnen wird, wirdauf die Schneidkante eines Werkzeugs aufgeblasen, und ein Stahlmaterialwird in einer sauerstoffarmen Atmosphäre bearbeitet. Dieses Verfahrenist in bezug auf die praktische Anwendung und den Kostenaufwandausgezeichnet.
    [0006] Jedoch streben beide Verfahren einesauerstoffarme Atmosphärean. Obwohl eine sauerstoffarme Atmosphäre unter Berücksichtigungder Verhinderung des Verschleißes,der durch Oxidation an einem Werkzeug verursacht wird, im allgemeinenbei einem Stahlmaterial erwünschtist, werden bestimmte Materialien, z. B. eine Titanlegierung, ineiner sauerstoffarmen Atmosphäreerheblich adhäsivund reduzieren die Lebensdauer des Werkzeugs. Außerdem ist bei Materialien,die eine entsprechende Menge nichtmetallischer Einschlüsse enthalten,um einen Belag und andere Oxide auf einem Werkzeug und einem Arbeitsmaterialzu bilden, eine sauerstoffarme oder nichtoxidierende Atmosphäre nichtgeeignet für einestabilen Ausbildung eines Oxidschutzfilms oder für ein Haften des Films aufeinem Werkzeug.
    [0007] Außerdem offenbart das US-Patent6 135 862 als Gaszuführungsdüse, diezur Steuerung einer Atmosphäreeines bearbeiteten Abschnitts verwendet wird, eine Düse mit einemGaszuführungsloch, dassich durch den Schaft des Körperseines Werkzeugs (Schaftfräser)erstreckt.
    [0008] Die oben beschriebene Konfigurationist zu einem bestimmten Grad effektiv, da der Schneidkante des WerkzeugsGas dann zugeführtwird, wenn eine Nut und ein Loch auf einer Oberfläche eines Werkstücks ausgebildetwerden. Bei einem ebenen Schneidvorgang und insbesondere bei einerBearbeitung einer stufenartigen Form ohne zu schneidendes Materialauf einer Seite wird das meiste atmosphärische Gas jedoch am äußeren Umfangund nicht am Schneidabschnitt der Schneidkante und an einer Seiteohne zu schneidendes Material verteilt, so daß das Gas der Schneidkanteunzulänglichzugeführt wird.
    [0009] Um die Probleme zu beseitigen oderzu lösen,ist es eine erste Aufgabe der Erfindung, ein Schneidverfahren für kontrollierteAtmosphärebzw. ein Schutzgasschneidverfahren und ein Schneidwerkzeug bereitzustellen.Das heißt,die erste Aufgabe besteht darin, eine sauerstoffreiche Atmosphäre (angereicherterSauerstoff) um die Schneidkante eines Werkzeugs und eines Werkstücks herumbereitzustellen, ein Oxid zu bilden und einen Schaden am Werkzeugzu mindern, der durch Adhäsionund Schichtkorrosion bzw. Abblätterneines geschnittenen Materials am Werkzeug bewirkt wird.
    [0010] Um die Ausbildung eines Oxidschutzfilmserfindungsgemäß zu stabilisieren,wenn ein Material geschnitten wird, dem eine kleine Menge nichtmetallischerEinschlüssebeigefügtist, wird ferner ein sauerstoffreiches atmosphärisches Gas verwendet, um dieAusbildung eines Oxids zu fördern.
    [0011] Eine zweite Aufgabe der Erfindungist es, die Ausbildung eines Oxids durch ein Beschichtungswerkzeugunter Verwendung der Schmierfähigkeiteines Oxids zu fördern,die Adhäsiondurch Ausnutzung einer Schmierwirkung zu reduzieren und die Lebensdauerdes Werkzeugs zu erhöhen.
    [0012] Um diese Wirkungen zu erreichen,wird erfindungsgemäß sauerstoffangereichertesGas aus der Luft extrahiert oder eine Sauerstoffgasbombe verwendet,es werden beide oder eines der beiden folgenden Systeme verwendet:interne Zuführungssystem(System mit mittigem Durchgang oder seitlichem Durchgang) oder externesZuführungssystemsunter Verwendung einer Düse,und es wird Gas um die Schneidkante eines Schneidwerkzeugs und ein Werkstück herumzugeführtwird, so daß ineiner sauerstoffreichen Atmosphäreein Oxid entsteht.
    [0013] Zur Lösung der oben beschriebenenProbleme wird erfindungsgemäß erstensin einem Schneidverfahren mit Zuführung von Gas in einer Atmosphäre einesBearbeitungsabschnitts und zur Durchführung des Schneidens, wennein Werkstückgeschnitten wird, Gas, das eine hohe Konzentration an Sauerstoffaufweist, als atmosphärischesGas zugeführt, umden Bearbeitungsabschnitt in eine mit Sauerstoff angereicherte Atmosphäre zu versetzen,so daß ein Oxidzwischen der Schneidkante eines Schneidwerkzeugs 4 undeine Werkstückentsteht und Beschädigungund Verschleiß amWerkzeug vermindert werden.
    [0014] Zweitens ist das atmosphärische Gassauerstoffangereicherte Luft, in der der Luftsauerstoff verdichtetist.
    [0015] Drittens hat das atmosphärische Gaseine Sauerstoffkonzentration bis zu 40 %, wobei eine Sauerstoffkonzentrationder Luft überschrittenwird.
    [0016] Viertens wird das atmosphärische Gasdem Bearbeitungsabschnitt zugeführtdurch: ein oder zwei oder mehrere externe Zuführungssysteme zum Einblasendes Gases von außerhalbdes Schneidwerkzeugs unter Verwendung einer Düse, ein Umfangszuführungssystemzur Zuführungdes Gases entlang dem Außenumfangdes Schneidwerkzeugs 4 und ein internes Zuführungssystemzum Einblasen und Zuführendes Gases durch ein Loch, das im Schneidwerkzeug ausgebildet ist.
    [0017] Erstens wird das erfindungsgemäße Schneidwerkzeug,das zum Schutzgasschneiden verwendet wird und in dem ein Gaszuführungsloch 4b,das mit der Zuführungsseitedes atmosphärischenGases verbunden ist, im Werkzeug 4 ausgebildet ist undein Austrittsloch 4c des Gaszuführungsloches 4b ander Spitze des Körpersdes Werkzeugs 4 geöffnetist, wobei das Austrittsloch 4c in einer Richtung des Aufblasensdes atmosphärischenGases auf die Schneidkante 4a am Messer des Werkzeugs 4 geöffnet ist.
    [0018] Zweitens ist das Werkzeug 4 einSchaftfräser,das Gaszuführungsloch 4b istin der axialen Richtung im Schaftfräser ausgebildet, und das Gaszuführungsloch 4b istan der Spitze des Werkzeugs geteilt, so daß das Austrittsloch 4c zur Schneidkante 4a jedesMessers bzw. jeder Schneide geöffnetist.
    [0019] Gemäß der derartig konfiguriertenErfindung wird eine hohe Sauerstoffkonzentration als atmosphärischesSchneidgas zugeführt,um den Schneidabschnitt in eine mit Sauerstoff angereicherte Atmosphäre zu versetzen,die eine hohe Sauerstoffkonzentration enthält, so daß, wenn ein Arbeitsmaterialund ein Werkzeug ein Element zur Ausbildung eines Oxidschutzfilmsaufweisen, der Verschleiß amWerkzeug durch stabile Ausbildung des Oxidschutzfilms zwischen derSchneidkante des Werkzeugs und dem Arbeitsmaterial gebildet wirdoder der Film auf einer Oberflächeder Schneidkante des Werkzeugs haftet. Dann wird der hochkonzentrierteSauerstoff dem Schneidabschnitt konzentriert zugeführt, sodaß der Schneidabschnittund das Werkzeug gekühltwerden.
    [0020] Ferner kann die Leistungsfähigkeiteines Beschichtungswerkzeugs zur Realisierung einer Schmierfähigkeitdurch Ausbildung eines Oxids hinlänglich erreicht werden, unddie Bearbeitung, die die oben beschriebenen Wirkungen erzielt, kannmit einer relativ einfachen Vorrichtung bei niedrigen Kosten realisiertwerden.
    [0021] Was ferner das erfindungsgemäße Werkzeugbetrifft, so ermöglichtdieses, daß derSchneidkante (Bearbeitungsabschnitt) ständig Gas positiv zugeführt wird,ungeachtet der Form des geschnittenen Abschnitts des geschnittenenMaterials, und daß dieWirkung des atmosphärischenGases sowie die oben beschriebene Wirkung hinlänglich erreicht werden.
    [0022] Eine bevorzugte Ausführungsformder Erfindung wird nachstehend ausführlich in Verbindung mit denZeichnungen beschrieben, die folgendes zeigen:
    [0023] 1 isteine schematische Darstellung, die eine Bearbeitungsvorrichtungzur Implementierung der Erfindung zeigt;
    [0024] 2 isteine Seitenansicht, die ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugszeigt;
    [0025] 3 isteine Vorderansicht, die ein Beispiel eines Werkzeughalters zeigt,der zur Implementierung der Erfindung verwendet wird;
    [0026] 4 isteine perspektivische Ansicht, die eine weitere Ausführungsformeines erfindungsgemäßen Gaszuführungsverfahrenszeigt;
    [0027] 5 istein Diagramm, das die Entwicklung des Verschleißes an einem Nebenblatt zeigt,wenn eine Titanlegierung geschnitten wird;
    [0028] 6A, 6B und 6C sind vergrößerte Fotos, die einen Verschleißzustanddes Werkzeugs zeigen, wenn die Titanlegierung in einer Stickstoffgasatmosphäre, in Luftund in einer Atmosphäremit einer hohen Sauerstoffkonzentration geschnitten wird;
    [0029] 7A und 7B sind Diagramme, die einen Verschleißzustandan einer Ecke und an einem Bearbeitungspunkt auf der Seite des Werkzeugszeigen, wenn die Titanlegierung in einer Stickstoffgasatmosphäre, in Luftund in einer Atmosphäremit einer hohen Sauerstoffkonzentration geschnitten wird; und
    [0030] 8A und 8B sind Diagramme, die Vergleichsergebnissezur Entwicklung des Verschleißes aneiner Ecke und an einem Bearbeitungspunkt auf der Seite des Werkzeugszeigen, wenn die Titanlegierung mit einem herkömmlichen TiAIN-Beschichtungswerkzeugund einem TiBON-Beschichtungswerkzeug zur Realisierung der Schmierfähigkeit durchAusbildung eines Oxids geschnitten wird.
    [0031] In der folgenden Ausführungsformder Erfindung wird Gas mit einer hohen Sauerstoffkonzentration (sauerstoffangereichertesGas), die aus der Atmosphäreoder aus einer Gasbombe extrahiert wird, um die Schneidkante einesWerkzeugs herum aufgeblasen, und es entsteht ein Oxid auf einerArbeitsfläche(neue Fläche)eines Materials in einer sauerstoffangereicherten Atmosphäre, oderdie Schneidkante des Werkzeugs wird zur Erzeugung eines Belagerzeugnismaterialsin eine mit Sauerstoff angereicherte Atmosphäre versetzt, und TiC im Werkzeug,das einem Zustand zum Festhalten eines Schutzfilms unterworfen ist,wird der Oxydation auf der Oberfläche des Werkzeugs ausgesetzt,wobei TiO2 entsteht.
    [0032] Ferner fördert die Erfindung die Bildungeines Oxids, nämlichFeO, aus Fe, das in einem Arbeitsmaterial enthalten ist, und bildetoder befestigt einen Oxidschutzfilm zwischen der Schneidkante des Werkzeugsund einer Oberflächedes Arbeitsmaterials. Der Oxidschutzfilm hat als Hauptkomponenteein Oxid, das aus einem Material besteht, z. B. Si, Mn, Al und Mg,die die Komponenten von Stahl, Gußeisen, Formstahl usw. sind.Daher wird ein direkter Kontakt zwischen dem Werkzeug und einemWerkstückoder Spänenauf diesem verhindert, und der Verschleiß wird stärker reduziert.
    [0033] Um ferner die Leistungsfähigkeiteines Beschichtungswerkzeugs zur Realisierung der Schmierfähigkeitdurch Ausbildung eines Oxids zu erreichen, wird Gas in einer angereicherterSauerstoffatmosphäreeingeblasen, oder es wird sauerstoffangereichertes Gas eingeblasen.
    [0034] Auf dem Beschichtungswerkzeug zurRealisierung der Schmierfähigkeitwird die Schmierfähigkeitdurch Ausbildung eines Oxids ermöglicht.Beispielsweise ist ein Element, z. B. TiBON (B = Bor), das die Schmierfähigkeiteines Oxids erhöht,in einem Material enthalten, und das Material wird durch das Schneidenoxydiert, so daß einVerschleißfaktor usw.reduziert wird, und die Haftung wird verhindert.
    [0035] Eine sauerstoffangereicherte Gasatmosphäre wirdalso verwendet, um die Ausbildung eines Beschichtungsfilms des Oxidszu fördern,so daß der Verschleiß am Werkzeugreduziert wird und das Werkzeug eine längere Lebensdauer hat.
    [0036] Nachstehend wird ein Beispiel derErfindung beschrieben. Wie in 1 gezeigt,weist eine Bearbeitungsvorrichtung zur Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrenseine Einspeisung 1 (oder eine Gasbombe), eine Werkzeugmaschine 2,eine Werkzeugausrüstung 3 undein Werkzeug 4 auf. Die Gaseinspeisung 1 weisteine Sauerstoffanreicherungseinheit 6, einen Tank 7,eine Steuereinheit 8, ein Magnetventil, einen Sauerstoffdensitometer(wobei keines von ihnen gezeigt ist) usw. auf, und die Gaseinspeisung 1 liefertGas mit einer vorbestimmten Sauerstoffkonzentration an die Werkzeugmaschine 2.Die Werkzeugmaschine 2 ist repräsentativ für irgendeine der folgendenMaschinen: eine Fräsmaschine,ein Bearbeitungszentrum, eine Drehmaschine, eine Bohrmaschine, eineWälzfräsmaschine,eine Schleifmaschine usw. In diesem Beispiel wird das Schaftfräsen alsBeispiel fürein Werkzeug und ein Gaszuführungsverfahrenbeschrieben. Eine Sauerstoffanreicherungsvorrichtung, die in deroffengelegten japanischen Patentschrift 5-23 809 offenbart ist, wirdals Gaseinspeisung 1 verwendet. Ein Film, der in der japanischenPatentveröffentlichung7-77 602 offenbart ist, wird als sauerstoffangereicherter Film verwendet.Diese Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen reichern Sauerstoff dadurchan, daß Luftdurch den sauerstoffangereicherten Film geführt wird. Es ist also möglich, Gasmit einer hohen Sauerstoffkonzentration von mindestens etwa 32,5% stabil zu erzeugen und Gas mit einer maximalen Konzentration von 40% unter gegebenen Umständenzu erzeugen.
    [0037] Die Werkzeugausrüstung 3, die an derWerkzeugmaschine 2, z. B. eine Fräsmaschine und ein Bearbeitungszentrum,befestigt ist, ist eine spezielle Halteeinrichtung mit einem mittigenDurchgang oder einen seitlichen Durchgang und liefert Gas aus einem internenZuführungsloch,das am Werkzeug ausgebildet ist. Als Alternative kann mit einernormalen Halteeinrichtung, wie in 4 gezeigt,Gas um die Schneidkante des Werkzeugs (Schaftfräser) 4 herum unterVerwendung von externen Düsen 9 aufgeblasenwerden. Bei einem internen Zuführungssystem istein Zuführungsverfahrenzur Abdeckung eines Werkzeugs, wie z. B. ein Luftschleier, sowieein Verfahren zur Zuführungvon Gas aus einem Zuführungslochverfügbar.Diese Verfahren könnenkombiniert werden.
    [0038] 2 isteine Gesamtseitenansicht, die das Werkzeug (Schaftfräser) 4 zeigt,das fürdas erfindungsgemäße Beispielverwendet wird. In diesem Beispiel wird ein Doppelspiralwerkzeugverwendet, und ein Gaszuführungsloch 4b istin der Mitte des Werkzeugkörpersausgebildet, vom Basisende zur Innenseite der Spitze des Werkzeugkörpers. Inder Spitze ist eine Öffnung(Gasaustrittsloch) 4c so geteilt, daß die Öffnung 4c sich zujeder Schneidkante 4a in jeder Nut 4d öffnet undsich zum äußeren Umfangin einem Neigungswinkel θ inbezug auf ein geteiltes Loch 4e erweitert. Das Gas, dasvom Basisende zugeführtwird, wird also konzentriert auf die Schneidkante 4a (d.h. Schneidabschnitt) des Werkzeugs 4 während des Schneidvorgangs aufgeblasen.
    [0039] 3 isteine schematische Darstellung, die eine spezielle Halteeinrichtung 11 mitseitlichem Durchgang und einen Zustand des aufgeblasenen Gases zeigt,wenn das Werkzeug befestigt ist. Ein Stutzen 12 zur Herstellungeiner Verbindung mit einem Gaszuführungsrohr 5 ist ander Umfangswand der Halteeinrichtung 11 befestigt. EinGaszuführungsloch 13 istausgebildet, das mit dem Basisende des Gaszuführungslochs 4b (2) des befestigten Werkzeugs 4 inder Halteeinrichtung 11 verbunden ist.
    [0040] Ferner ist am unteren Ende des Gaszuführungslochs 13 inder Halteeinrichtung 11 eine ringförmige Öffnung 16 in einerSpannhülse 14 derHalteeinrichtung 11 am äußeren Umfangdes Werkzeugs vorgesehen. Im Normalfall wird zuzuführendessauerstoffangereichertes Gas aus dem Austrittsloch 4c ander Spitze des Werkzeugs 4 und der ringförmigen Öffnung 16 entlangdem Außenumfangdes Werkzeugs 4 zur Spitze des Werkzeugs geblasen und zugeführt. Wenndas Werkzeug 4 kein Gaszuführungsloch 4b hat,wird das Gas nur zum äußeren Umfang desWerkzeugs geführt.
    [0041] An der ringförmigen Öffnung 16 ist jedochein einsetzbarer und entfernbarer O-Ring (nicht dargestellt) befestigt,um die Öffnung 16 zuverschließen. Wennder O-Ring an der Öffnung 16 befestigtist, wird die Gaszuführungaus der ringförmigen Öffnung 16 unterbrochen,und das Gas wird nur aus dem Austrittsloch 4c zugeführt. Soferndie Meßergebnisseder Sauerstoffkonzentrationen in einer Schneidatmosphäre berücksichtigtwerden, ist es erwünscht,die Kombination der Gaszuführungsverfahrenzu verwenden.
    [0042] 4 isteine schematische Darstellung, die zeigt, daß die Vielzahl der Gaszuführungsdüsen 9 Gasauf die Spitze (Bearbeitungsabschnitt) des Werkzeugs 4 aneinem Werkstück 17 aufblasen.In diesem Beispiel ist eine Stufe 17a an einer Ecke des Werkstücks 17 ausgebildet.In diesem Zustand wird Gas aus dem Austrittsloch 4c, dassich zur Schneidkante 4a öffnet, so ausgeblasen, daß das Gasdem Bearbeitungsabschnitt direkt zugeführt wird.
    [0043] 5 istein Diagramm, das die Entwicklung des Verschleißes an der Flanke des Bearbeitungspunktsan der Seite des Schaftfräserszeigt, wenn die Gaszufuhr in ihrer Sauerstoffkonzentration variiert undeine Titanlegierung unter den gleichen Bedingungen geschnitten wird(Schneidgeschwindigkeit V = 50 m/min, Schnittiefe in Radiusrichtungdr = 0,5 mm, Schnittiefe in Axialrichtung da = 3 mm, Vorschubgeschwindigkeitf = 0,015 mm/Zahn). Wie aus 5 hervorgeht,hat ein sauerstoffarmer Stickstoffgasstrom einen größeren Anfangsverschleiß im Vergleichzu Luft und sauerstoffangereichertem Gas. Dagegen wird der Verschleiß geringer,wenn eine Sauerstoffkonzentration sich von Luft zu einer hohen Sauerstoffkonzentration(32,5 % O2) in der Schneidatmosphäre erhöht.
    [0044] 6A, 6B und 6C sind vergrößerte Fotos, die einen Verschleißzustandan einer Ecke (Schneidkante) des Schaftfräsers zeigen, wenn Stickstoff,Luft und sauerstoffangereichertes Gas als atmosphärischesGas zugeführtwerden und das Schneiden mit einer Bearbeitungslänge L = 30 m erfolgt. (a),(b) und (c) in den Figuren zeigen eine Stirnfläche, eine Innenfläche derNutenseite bzw. eine Außenumfangsfläche derSchneidkante des Werkzeugs.
    [0045] 6A zeigt,daß dasEinblasen von Stickstoff im Vergleich zu Luft und sauerstoffangereichertemGas einen größeren Flankenverschleiß nahe der Eckehat. Der Grund dafürist, daß einegeschnittene Fläche(neue Fläche)bei einer niedrigen Sauerstoffkonzentration nicht oxidiert und hochaktives Titan auf einer Flächedes Werkzeugs haftet und infolge der Adhäsion und Schichtkorrosion bzw.Abblätterunggrößer wird.Dagegen ist bei Luft in 6B kaumVerschleiß zuerkennen, obwohl Späne,die an einem Bearbeitungspunkt haften, zu erkennen sind.
    [0046] Bei einer höheren Sauerstoffkonzentration sindSpäne,die am Bearbeitungspunkt haften, nicht zu beobachten, und Verschleiß ist kaumerkennbar, wie in 6C gezeigt.Der Grund dafürist, daß hoch aktivesTitan sich durch direkten Kontakt mit der Oberfläche des Werkzeugs im Ergebnisder Ausbildung eines Oxids auf der neuen Fläche abscheidet und somit dieAdhäsionund die Schichtkorrosion reduziert werden.
    [0047] Wenn die Ergebnisse auf einer Differenzim Oxidationsgrad (Differenz im Grad der Ausbildung eines Oxids)beruhen, wird angenommen, daß eine größere Differenzdurch eine höhereTemperatur, die die Oxidation erhöht, d. h. durch eine höhere Schneidgeschwindigkeitan der Schneidkante des Werkzeugs, entsteht.
    [0048] 7A und 7B sind Diagramme, die Testergebnissedes Einflusses auf den Verschleiß des Werkzeugs in der Schneidatmosphäre zeigen,wenn eine Titanlegierung mit einer Schneidgeschwindigkeit von 200m/min geschnitten wird, und zwar in Bezug auf den Verschleiß an einerEcke des Werkzeugs und einem seitlichen Bearbeitungspunkt. Die anderen Bedingungensind die gleichen wie die des oben beschriebenen Beispiels. Obwohlder Verschleiß ander Ecke (Schneidkante) sich durch eine Differenz der Atmosphäre nichtverändert,behindert der Verschleiß amseitlichen Bearbeitungspunkt das Schneiden mit einer niedrigen Schneidgeschwindigkeit, wenndie Konzentration des Sauerstoffs sich verringert. In diesem Fallerhöhtsich der Verschleiß umeinen Grenzbereich, ein Grat tritt an einem Material auf, da sichdie Schärfedes Bearbeitungspunkt des Werkzeugs verringert, und das Werkzeugerreicht das Ende seiner Lebensdauer. Der vorstehenden Beschreibungist zu entnehmen, daß dieBearbeitung zur Reduzierung der Adhäsion durch Ausbildung einesOxids in einer sauerstoffreichen Atmosphäre (angereicherter Sauerstoff)bei einem Material, wie z. B. bei einer Titanlegierung, wirksamist.
    [0049] Wie oben beschrieben, entsteht beibestimmten heutigen Beschichtungsmaterialien eine Beschichtung,die ein Element aufweist, das ein Oxid mit hoher Schmierfähigkeitbereitstellt, das Element durch die Schneidwärme oxidiert und einen Beschichtungsfilmmit Schmierfähigkeitbereitstellt (z. B. TiBON). Eine angereicherte Sauerstoffatmosphäre ist zurFörderungder Ausbildung eines Oxids, das aus solchen Beschichtungsmaterialienbesteht, und zur Realisierung der Leistungsfähigkeit eines Beschichtungswerkzeugseffektiv.
    [0050] Beispielsweise zeigen 8A und 8B Vergleichsergebnisse zur Entwicklungdes Verschleißes ander Schneidkante (Ecke) und am seitlichen Bearbeitungspunkt desWerkzeugs, wenn eine Titanlegierung mit einem herkömmlichenTiAIN-Beschichtungswerkzeugund einem TiBON-Beschichtungswerkzeug geschnitten wird, das Schmierfähigkeit durchAusbildung eines Oxids realisiert. Die Schneidbedingungen der Werkzeugesind in den Diagrammen dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, daß eine Schmiermittelbeschichtungkaum Verschleiß hervorbringt,nachdem Anfangsverschleiß aufgetretenist, obwohl die herkömmlicheBeschichtung eine Schneidleistungsfähigkeit bis zu einem bestimmten Graderreicht. Ein Verschleißgradbeträgtetwa die Hälftedes Verschleißgradesvon TiAIN, wenn das Schneiden mit einer Bearbeitungslänge von30 m erfolgt. Wenn man annimmt, daß dieser Zustand bestehen bleibt,wird eine sehr großeDifferenz der Lebensdauer erwartet (mindestens das Mehrfache bis zumMehrfach-Zehnfachen). Es wird angenommen, daß eine große Wirkung infolge der hohenHaftfähigkeitder Titanlegierung erreicht wird.
    [0051] In der vorstehenden Ausführungsformwurde dargestellt, daß derSchaftfräserals Werkzeug verwendet wurde. Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Schneidwerkzeugsind ebenfalls auf einen Fräser,einen Bohrer, ein Schneidwerkzeug aus Sinterhartmetall und andere Schneidwerkzeugeanwendbar, so lange die Materialen eines Werkstücks und das Werkzeug geeignet sind.Es wird ferner angenommen, daß dieEffizienz sich verbessert, wenn das Zuführungsgas eine höhere Sauerstoffkonzentrationhat, solange Materialien einen Oxidschutzfilm während des Schneidens bilden.Es ist nicht immer notwendig, eine Konzentration von 32,5 % zu haben,die im Beispiel angegeben ist. Zumindest muß der Sauerstoff höher angereichertsein als die Sauerstoffkonzentration der Luft, um eine Atmosphäre mit einerhohen Sauerstoffkonzentration zu erzeugen. Es ist auch möglich, einGas mit einer Sauerstoffkonzentration von etwa 40 % angereichertemSauerstoff zu verwenden.
    权利要求:
    Claims (6)
    [1] Schneidverfahren unter kontrollierter Atmosphäre, wobeiin einem Schneidverfahren zur Zuführung von Gas in eine Atmosphäre einesBearbeitungsabschnitts und zur Durchführung des Schneidens, wennein Werkstückgeschnitten wird, Gas, das eine hohe Sauerstoffkonzentration aufweist,als atmosphärischesGas zugeführtwird, um den Bearbeitungsabschnitt in eine mit Sauerstoff angereicherte Atmosphäre zu versetzen,so daß einOxid zwischen einer Schneidkante eines Schneidwerkzeugs (4)und dem Werkstückentsteht und ein Schaden und Verschleiß am Werkzeug vermindert werden.
    [2] Schneidverfahren unter kontrollierter Atmosphäre mit Sauerstoffanreicherungnach Anspruch 1, wobei das atmosphärische Gas sauerstoffangereicherteLuft ist, in der der Luftsauerstoff verdichtet ist.
    [3] Schneidverfahren unter kontrollierter Atmosphäre mit Sauerstoffanreicherungnach Anspruch 1 oder 2, wobei das atmosphärische Gas eine Sauerstoffkonzentrationvon bis zu 40 o hat, was eine Sauerstoffkonzentration der Luft überschreitet.
    [4] Schneidverfahren unter kontrollierter Atmosphäre mit Sauerstoffanreicherungnach einem der Ansprüche1 bis 3, wobei das atmosphärischeGas dem Bearbeitungsabschnitt durch eines oder zwei oder mehrereder folgenden Systeme zugeführtwird: ein externes Zuführungssystemzum Einblasen des Gases von außerhalbeiner Schneidvorrichtung unter Verwendung einer Düse, einUmfangszuführungssystemzur Zuführungdes Gases entlang einem Außenumfangdes Schneidwerkzeugs (4) und ein internes Zuführungssystemzum Einblasen und Zuführen desGases durch ein Loch, das im Schneidwerkzeug ausgebildet ist.
    [5] Schneidwerkzeug, in dem ein Gaszuführungsloch(4b), das mit einer Zuführungsseitedes atmosphärischenGases verbunden ist, in einem Werkzeug (4) ausgebildetist, und ein Austrittsloch (4c) eines Gaszuführungslochs(4b) an einer Spitze eines Körpers des Werkzeugs (4)geöffnetist, wobei das Austrittsloch (4c) in einer Richtung desAufblasens des atmosphärischenGases auf eine Schneidkante (4a) an einem Messer des Werkzeugs(4) geöffnetist.
    [6] Schneidwerkzeug nach Anspruch 5, wobei das Werkzeug(4) ein Schaftfräserist, das Gaszuführungsloch(4b) in einer axialen Richtung im Schaftfräser ausgebildetist und das Gaszuführungsloch(4b) an der Spitze des Werkzeugs geteilt ist, so daß das Austrittsloch(4c) zur Schneidkante (4a) jedes Messers geöffnet ist.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    US9238273B2|2016-01-19|Milling tool
    US6345942B1|2002-02-12|Method and apparatus for mitigating vibration associated with rotary cutting machine
    US6595727B2|2003-07-22|Tool for chip removing machining and having fluid-conducting branch ducts
    Sreejith et al.2000|Dry machining: machining of the future
    JP4121449B2|2008-07-23|スローアウェイチップ及びバイト
    EP1450977B1|2011-08-24|Werkzeughalteranordnung mit kühlmittelsystem
    AU667211B2|1996-03-14|Rotary ring cutter having coolant distribution and discharge means
    JP5218575B2|2013-06-26|切削工具寿命に優れた機械構造用鋼の切削方法
    RU2117074C1|1998-08-10|Режущий инструмент и способ его покрытия
    US3874808A|1975-04-01|Drill bushing
    EP1150792B2|2006-06-07|Verfahren zum herstellen eines zerspanungswerkzeugs sowie zerspanungswerkzeug
    US6857832B2|2005-02-22|Drill bit with pilot point
    JP4908900B2|2012-04-04|深穴切削装置
    JP3849096B2|2006-11-22|工作機械の工具ホルダ
    US6146476A|2000-11-14|Laser-clad composite cutting tool and method
    EP1506070B1|2006-10-04|Fr swerkzeug
    Machado et al.1997|The effect of extremely low lubricant volumes in machining
    JP2014217947A|2014-11-20|ドリルボディ
    US20020122698A1|2002-09-05|Chip removing machining of a workpiece while applying high pressure cooling liquid
    CA2556663C|2011-09-20|Twist drill
    US20040218987A1|2004-11-04|Cutting tool for rough and finish milling
    JP2006519114A|2006-08-24|コーテッド超硬タップ
    EP0103235A1|1984-03-21|Mehrlippenbohrer
    Kuljanic et al.1998|Milling titanium compressor blades with PCD cutter
    KR20090125725A|2009-12-07|표면 정밀 가공용 공구
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US20040166768A1|2004-08-26|
    US7387477B2|2008-06-17|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2009-12-17| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    [返回顶部]